超能计算“软”肋

超级计算最大的投资应该在应用软件，最大的困难也在应用软件。

中国13亿人按每人每秒计算一次，大概要用计算机运算1000年，才相当于“天河二号”运算一小时。这台每秒运算次数以千万亿次计的“超级计算机”在2013年11月18日国际TOP500公布的最新全球超级计算机500强排行榜中蝉联“全球最快计算机”桂冠。

事实上，“天河二号”首次登上榜首是在2013年6月。当天，“天河二号”超级计算机，正如往常一样安静地进行着它的运算任务。而正在德国东部城市莱比锡召开的2013国际超级计算大会上，它却吸引了全世界的目光。“天河二号”超级计算机成为当今世界运算速度最快、综合技术领先的超级计算机。

这也是继“天河一号”之后，中国超级计算机再次获得世界第一的桂冠。时光回溯到2010年11月16日，国防科技大学研制的“天河一号”在世界超级计算机500强中位居第一，中国人首次站到了超级计算机世界冠军的领奖台上。

然而，8个月以后，日本一台名为“京”的超级计算机就将“天河一号”挤下冠军台。之后，美国研制的“红杉”、“泰坦”超级计算机先后坐上世界第一的交椅，“天河一号”排名滑落至第8名。

面对世界超级计算机界的残酷竞争，2011年12月，国防科技大学的天河团队开始对新一代超级计算机的关键技术进行攻关。这一次，他们的目标是亿亿次级超级计算机，计算能力要比“天河一号”提升10倍以上。“天河二号”的创新突破点，正是从“天河一号”的优势与不足开始的，“这是一个自我反省、自我超越的过程。”

当然，“天河二号”不仅运算能力强大，其应用也分布于生物医药、新材料、工程设计与仿真分析、天气预报、气候模拟与海洋环境研究、数字媒体和动漫设计等多个领域。

这意味着超级计算机已大踏步进入民用时代，和人们生活密不可分。而在过去，超级计算机从诞生那天起就主要被用于军事、科学、航天等高科技领域。直至上个世纪80年代，PC机出现后，超算才有了其他的应用。但由于当时成本很贵，所以主要应用在气象、石油等有绝对需要的成熟行业。随着上个世纪90年代中期机群出现后，超算成本开始下降，应用才开始分布在计算化学、计算物理、互联网等领域。

值得一提的是，在2008年北京奥运会开幕式上，当“体操王子”李宁腾空而起，脚踏祥云在 “空中跑道”上奔跑起来时，一幅中国式画卷沿“空中跑道”徐徐展开。此时，世界被震撼了。但鲜为人知的是，这幅震憾世界画卷的数字影像效果是由超级计算机处理完成的。

然而，我国超算应用情况与美国相比，差距依然巨大。中国工程院院士李国杰告诉《中国经济和信息化》记者：“超算应用落后主要是由于国家整体经济落后，当然国家对超算应用研究的支持还不够也是重要原因。”北京应用物理与计算数学研究所研究员袁国兴告诉记者：“美国现在应用软件的投资在60%以上，硬件投资只占不到30%，而中国的软件投资比例只在10%左右。”

这意味着我国应该积极学习欧美国家的做法。中国科学院计算技术研究所研究员张云泉表示，超级计算机大国美国的机械制造水平高，应用水平也高，多年来在各个方面都得到很好的利用；与之相比，现在中国的机械制造水平还不错，但是应用软件水平确实很低。

不过张云泉也谈到了一些解决方案，比如现在中国大型企业都有自己的软件，也没人想去盗版，如果能够找到一个好的方法去推动这些专有软件发展，可以作为一个切入点，将整个软件产品环境的知识产权保护做好。

当然，这几年，国家发现超算和应用之间的差距越来越大之后，也开始逐步加大在应用方面的投资比重。2012年，科技部在“十二五”863“高效能计算及其应用环境”重大专项计划里投入1个亿元对8个应用领域和1个超算应用软件平台进行资助。在张云泉看来，国家科技部此举是想加大力度解决应用的短板问题。

经过“天河一号”一年多的开发、运行测试及“神威蓝光”新机器的推出，我国在超算应用软件方面，尤其是在处理器方面取得了很多的新进展，在大规模软件的研发水平上逐步提高。张云泉认为，下一步要把应用的效果做扎实，用超算以及自主研发的软件，模拟出若干重要的科学模型，发现一些新的规律，解决一些国计民生的重大问题，这是下一步需要实实在在解决的问题。

实际上，在国外，企业在整体科技创新方面已经发挥了重要的作用。而我国往往取的是科研单位带动企业的研发模式，由科研单位主导研发项目，再由企业推向市场，因而在研发成果市场化方面存在一些问题。张云泉认为，如今国内的企业已经完全有能力、找出科研议题和国内科研机构进行合作，尤其是一些先锋企业，完全有能力把科研成果用好，并转化为竞争力。

中国超算产业除了在软硬件投入方面失衡外，人才紧缺也是行业的发展瓶颈。清华大学高性能计算技术研究所所长杨广文教授曾表示，人才培养与计算机实际需求脱节，缺乏交叉学科人才，是当前超算人才建设的核心问题。

杨广文认为，在超算的使用过程中，超级计算机应用就是超级计算机与其他专业学科的交叉过程，这需要大量的交叉学科人才。但是当前大学普遍缺乏此类课程，专业设置较少，很多学校有心无力，正是受制于交叉型学科的缺乏。

我国超级计算机在硬件发展上已经处于领先水平，但在软件开发上依然任重而道远。“如果我们的超算能通过不断提升性能水平，不断研发更好的软件，做出积极的成果反馈国民经济、社会发展和科学研究，我相信我们国家下一步会更加支持超级计算机的发展，最终形成一个良性的循环模式。”张云泉分析说。